شبیه‌سازی سیلاب‌های رودخانه دره ائورت با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در محیط GIS (محدوده موردمطالعه: از روستای شورستان تا تلاقی رودخانه ارس)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه محقق

2 هیات علمی دانشگاه محقق اردبیلی

3 دانشگاه محقق اردبیلی

4 دانشگاه تهران

چکیده

سیلاب‌ها ازجمله فراوان‌ترین مخاطرات طبیعی می‌باشند که همه‌ساله خسارات جانی و مالی بسیاری را برای مردم به همراه دارند. مناطق مجاور رودخانه‌ها به دلیل بهره‌برداری از شرایط خاص اجتماعی و اقتصادی، همواره مورد دست‌اندازی به بستر و حریم رودخانه قرارگرفته‌اند که این عمل باعث شده خطرات ناشی از وقوع سیلاب‌ها در طی سال‌های اخیر افزایش یابد. رودخانه دره ائورت یکی از رودخانه‌ای دائمی استان اردبیل می‌باشد که در طی سال‌های اخیر همواره با رخداد سیلاب‌های بزرگی مواجه بوده است. در این پژوهش سعی شده است خطر وقوع سیلاب در این رودخانه با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در محیط GIS شبیه‌سازی‌شده و موردبررسی قرار گیرد. داده‌های اصلی موردنیاز برای این پژوهش شامل: نقشه‌های توپوگرافی 1:2000رودخانه دره ائورت، داده‌های هیدرومتری و شرایط مرزی رودخانه می‌باشد که از سازمان آب منطقه‌ای استان اردبیل تهیه گردید. بر اساس تجزیه‌وتحلیل‌های صورت گرفته و بررسی میدانی مشخص گردید که به دلیل دست‌اندازی‌های کشاورزان منطقه، تغییرات زیادی در عرض بستر فعال رودخانه اتفاق افتاده است. این عمل سبب تنگ‌شدگی مجرای رودخانه گردیده و باعث می‌شود جریان آب رودخانه از مجرای اصلی خارج‌شده و وارد محدوده‌ی دشت سیلابی گردد. خروجی نقشه پراکنش فضایی سیلاب‌های شبیه‌سازی‌شده در منطقه نشان داد پل‌هایی که سازه بتنی ندارند در سیلاب‌های با دوره بازگشت‌های 2-5-10 ساله با احتمال تخریب روبه‌رو خواهند شد. همچنین در سیلاب‌های با دوره بازگشت‌های 50-100-200 بسیاری از زمین‌های زراعی و روستاها در معرض خسارت قرار خواهند گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of Dare Ourt River floods using Hydrodynamic Model HEC-RAS in GIS environmental (Case study: from Shorestan Village to Confluence of Aras River)

نویسندگان [English]

  • mehrvarz Arsalan 1
  • Aghil Madadi 2
  • Fariba Esfandiary Darabad 3
  • masoud rahimi 4
1 of Geomorphology, University of Mohaghegh Ardabil
2 physical geography, universiy of Mohaghegh Ardabili
3 physical geography
4 physical geography
چکیده [English]

Introduction
A flood is an unusually high stage in a river. It is an overflow of water outside its normal course. A flood results when a stream runs out of its confines and submerges surrounding areas. Among natural catastrophes, flooding has claimed more lives than any other single natural hazard. In the decade from 1986 to 1995, flooding accounted for 31% of the global economic losses from natural catastrophes and 55% of the casualties. The damaging effects of flooding are likely to become more frequent, more prevalent and more serious in the future. The burgeoning population of our planet is leading to the increasing exposure of people and property to the hazards of flooding. Today, river behavioral studies and engineering activities are one of the most important concerns of engineers involved in this field. The flood is an unusual stage in the river bed, which is an overflowing stream of river hydrologic power. Because of the placement of many urban and agricultural communities near the river this one great threat around the world. One of the important discussions of river geomorphology is the analysis of the effects of flood on the duct and sediment transport. Flood hazard maps for different return periods is one of the most popular maps that are used to show the potential hazards in floodplains. Management of the floodplain of the river is felt more than ever. Improved data collection and real-time modelling of flood events allows emergency services and relevant authorities to make more-informed decisions about where they direct their attention. In some instances, the areas where explicit reports of flooding are received are not those requiring the most urgent attention .The purpose of flood management was to maximize the benefits and reduce damage and casualties. The study area is River Dare Ourt one of the permanent rivers in Ardebil province, which during recent years has always faced major flood events.
Materials & Methods
This research is based on filed studies and 1:2000 scale topographic maps that provided by Ardabil regional water authority. The 1:100000 scale geological maps, satellite imagery such as IRS and Google Earth and also hydrometric data, considered as essential data. The HEC-RAS model could calculate the water surface profile in stable flow gradual variable in rivers and artificial channels in the subcritical, supercritical and complex regimes. The calculation of water surface profile carried out from one cross section to other cross, step by step, solving energy equation in standard way.
Results & Discussion
The present research has identified the risk of flooding in a range of 70 km. HEC-RAS is a one-dimensional steady flow hydraulic model designed to aid hydraulic engineers in channel flow analysis and floodplain determination. The results of the model can be applied in floodplain management and flood insurance studies. HEC-RAS is based on the U.S. Army Corps of Engineers’ HEC-RAS water surface profile model used for modeling both steady and unsteady, one-dimensional, gradually varied flow in both natural and man-made river channels. HEC-RAS also allows sediment transport/mobile bed computations and water temperature modelling in this research, after simulating the flow of the river in the HEC-RAS software environment, the output of this software is included in the Arc GIS software, and detailed maps of flood zones for different return periods are depicted in this software. In this research, the risk of flood occurrence in this river has been simulated and analyzed using the HEC-RAS hydraulic model in the GIS environment. The main data required for this research are topographic maps 1: 2000 of the Dare ourt River and hydrometric data and river boundary conditions.



Conclusion
Field analysis showed that due to the encroachment of farmers in the area, a lot of changes occurred across the river's active bed. This action causes narrowing of the duct and causes the flow of water from the main duct to enter the flood plain. The outflow of spatial distribution of flood simulated in the region showed that in the event of a flood with a return period of 25 years, about 1743 hectares of flood plain lands will fall under water and cause many damage to farmers. The results also showed that the maximum width of the catchment for flood with a return period of 25 years in some parts of the river will be about 896 meters. Accordingly, the need to pay attention to the liberation of the land of the land and the privacy of the river in the Dare ourt for the proper management of the flood plain of the river is felt more than ever.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation of floods
  • Hydrodynamic Model HEC-RAS
  • geographic information system (GIS)
  • Dare Ourt River
  • خیری زاده­آروق، منصور؛ رضایی مقدم، محمدحسین؛ رجبی، معصومه؛ دانش فراز، رسول.۱۳۹۶. تحلیل تغییرات جانبی مجرای رودخانه زرینه‌رود با استفاده از روش‌های ژئومورفولوژیکی. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. شماره ۴. صص ۷۶-۱۰۲.
  • راهنمای پهنه‌بندی سیل و تعیین حد بستر و حریم رودخانه،1384، معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی، نشریه شماره 307.
  • رحیمی، مسعود.1396. بررسی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر مورفولوژی مجرای رودخانه قره‌سو از سد سبلان تا تلاقی رودخانه اهر چای. استاد راهنما: محمدحسین رضایی مقدم، دانشکده برنامه‌ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز.
  • رضایی مقدم، محمدحسین؛ عاشوری، محمد؛ پیری، زهرا.۱۳۹۲. بررسی تغییر مورفولوژی بستر رودخانه پس پیشواز از احداث سد با استفاده HEC RAS-GIS(پایین‌دست سد ستارخان). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. شماره‌ی ۱. صص ۸۷-۱۰۰.
  • رضایی مقدم، محمد­حسین؛ یاسی، مهدی؛ نیک جو، محمد­رضا؛ رحیمی، مسعود.۱۳97. پهنه‌بندی و تحلیل مورفولوژی کی سیلاب‌های رودخانه قره‌سو با استفاده از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS (از روستای پیرازمیان تا تلاقی رودخانه اهر چای). جغرافیا و مخاطرات محیطی. شماره 25. صص ۱-۱5.
  • سالنامه آماری آب کشور، 1381-1393، معاونت آب و آیفا، وزارت نیرو، تهران.
  • لایقی، صدیقه؛ کرم، امیر.۱۳۹۳. طبقه­بندی­هیدروژئومورفولوژیکی­رودخانه جاجرود با مدل روزگن. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. شماره‌ی ۳. صص ۱۳۰-۱۴۳.
  • یاسی، مهدی، ۱۳9۴، جزوه درسی هیدرولیک مجاری روباز، دوره کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشگاه ارومیه.
  • یمانی، مجتبی؛ تورانی، مریم؛ چزغه، سمیرا.۱۳۹۱. تعیین پهنه‌های سیل گیر با استفاده از مدل HEC-RAS (بالادست رودخانه طالقان). جغرافیا و مخاطرات محیطی. شماره ۱. صص 1-16.
  • Bates, P. D. (2004). Computationally efficient modelling of flood inundation extent. In European Science Foundation Workshop, edited by BIOS, Bologna.
  • Brunner, Gary.W (2010). Hec-ras River analysis system system hydraulic reference manual, us army corps of engineers, version 4.1.
  • Di Baldassarre, G. (2012). Floods in a changing climate: Inundation modelling (Vol. 3). Cambridge University Press.
  • Di Baldassarre, G. (2012). Floods in a changing climate: Inundation modelling (Vol. 3). Cambridge University Press.
  • Hong, H., Panahi, M., Shirzadi, A., Ma, T., Liu, J., Zhu, A. X., & Kazakis, N. (2018). Flood susceptibility assessment in Hengfeng area coupling adaptive neuro-fuzzy inference system with genetic algorithm and differential evolution. Science of the Total Environment, 621, 1124-1141.‏
  • Iosub, M. Minea, I. Hapciuc, O. & Romanescu, G. H. (2015). The use of HEC-RAS modelling in flood risk analysis. Aerul si Apa. Componente ale Mediului, 315.
  • Jha AK, Bloch R, Lamond J (2012) Cities and flooding: a guide to integrated urban flood risk management for the 21st century. The World Bank, Washington, DC.
  • Khattak, M. S. Anwar, F. Saeed, T. U. Sharif, M. Sheraz, K. & Ahmed, A. (2016). Floodplain mapping using HEC-RAS and ArcGIS: a case study of Kabul River. Arabian Journal for Science and Engineering, 41(4), 1375-1390.
  • Marchi, L. Borga, M. Preciso, E. and Gaume, E. (2010) ‘Characterisation of selected extreme flash floods in Europe and implications for flood risk management’, Journal of Hydrology, Vol. 394, Nos. 1–2, pp.118–133.
  • Martin, O. Rugumayo, A. & Ovcharovichova, J. (2012). Application of HEC HMS/RAS and GIS tools in flood modeling: A case study for river Sironko–Uganda. Journal of Engineering, Design and Technology, 1(2), 19-31.
  • Tehrany, M. S., Pradhan, B., & Jebur, M. N. (2015). Flood susceptibility analysis and its verification using a novel ensemble support vector machine and frequency ratio method. Stochastic environmental research and risk assessment, 29(4), 1149-1165.‏
  • UNISDR, CRED, 2015. The Human Cost of Weather Related Disasters, 1995-2015, The United Nations Office for Diaster Risk Reduction, available online at:   https://www.unisdr.org/archive/46793.
  • Ward, Andy,L.Dabrosio, Meckleburg, Den(2008)Stream Classification, Agricalture and natural resources, AEX -445-01,pp 1-8.